数字水印技术的基本概念和现状http://www.Sina.com/http://www.Sina.com /
n信息隐藏的主要分支
n数字水印的起源和发展
n几个基本概念
n数字水印的技术现状
n电子水印的一般模型
n数字水印的几个问题
n数字水印技术的应用
目录
n随着数字多媒体的发展，各种数字产品层出不穷，随之而来的版权保护等问题也越来越尖锐
n一般认为加密使通信安全，但实际应用还不够，很多人认为用信息而不是加密来隐藏！ 信息隐藏可以说是一句老话；
n信息隐藏的分类包括：
n 信息隐藏的主要分支 隐藏信道在：多级安全系统环境中，隐藏信道http://ww3358，其是非专门设计的且不打算发送消息的通信路径被称为“n匿名通信”(Anonymity )的n隐匿技术(Steganography ) :研究如何隐藏实际存在的信息以免被人发现。 这个名词来源于15世纪，希腊语，意思是“隐藏的笔迹”。 ncopyrightmarking(:主要包括水印技术和指纹)，水印为http://www.Sina.com/的fraging
信息隐藏的主要分支
另一方面，http://www.Sina.com/http://www.Sina.com/http://www.Sina.com /
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水印技术与隐写技术是有区别的，水印技术总是与原始信息相关，例如隐藏版权标识等，是一对多的，而隐写技术一般是一对一的；
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； 约700年前，用手工造纸技术出现了纸张水印。 纸水印和现在话题的数字水印之间有相似性。 银行票据和邮票上的纸质水印在数字产品环境中使用“水印”，但现在的水印并不仅仅是在纸币等环境中使用。
直到最近，数字水印技术才逐渐引起人们的关注，并得到了迅速的发展。 其主要应用是版权保护。 数字水印是嵌入在数字产品中的数字信号，是图像、文字、符号、数字等所有可以用作标记、标记的信息。
脆弱性水印
n 鲁棒性水印 从近年来发表的有关水印的文章中可以看出，其发展情况如下：
note:publications(1) istheresultindexedbywatermarkorwatermarkingintitledomainineicompendexandpublications (2) )。 istheresultindexedbywatermarkorwatermarkinginalldomainsineicompendex！
信息隐藏的主要分支
n术语(Terminology )鲁棒性水印又可分为不可见水印（
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Imperceptible
是可见的水印。 类似于插入或覆盖在图像上的标记，类似于可见的纸张水印。 这主要适用于图像。 例如，在预览中避免使用这些图像，以便直观识别图像数据库中可用的图像或互联网上可用的图像
于商业用途。当然也可用于视频和音频当中，音频当中就是可听水印，比如电台播放广告，广告商为了维护自己的权益，在录音带中录入某一特殊的声音，从而从播放的广告当中这一声音出现的次数，可以知道电台是否执行了合同；数字水印的术语和基本原理
不可见水印
这是一种应用跟加广泛的水印，与前边的可视水印相反，它加在图像或视频当中从表面上是不可察觉的，但是当发生版权纠纷时，所有者可以从中提取出标记，从而证明物品为某人所有！
脆弱性水印或意碎水印
当加水印的图形或文本数据被修改时，水印可以对是否进行了修改进行检测；
鲁棒性水印
是指加入的水印不仅能抵抗非故意的攻击，而且要求能抵抗一定失真内的恶意攻击，并且一般的数据处理对提取水印没什么影响；
鲁棒水印的特点：
n 水印在通常或特定视觉条件下不可见 ;
n 加水印的图像经过普通的图像处理技术后水印仍然保持在图像中 ；
n 未经授权者很难检测出水印 ；
n 经授权者能很快地抽取出水印 ；
n 加水印的图像经过印刷或重新扫描后水印仍然能被抽取出来
宿主数据 (Host data)
这是指要加入水印的图像、音频、视频、文本等数字载体
水印信息
加入的标记，也就是水印，或者叫消息
验证 (Verification) 和检测 (Detection)
• 验证一般指某一媒质当中是否含有水印，只在乎其 ‘ 有 ' 或 ‘ 没有 ' ，而检测就是必须从中提取出具体的隐藏信息，因此，一般也是有具体意义的，是可以解释的 基本原理
数字水印是指在数字产品当中嵌入能证明该产品版权所有者的标记。所有的水印系统都应包括两个基本模块：一个是水印嵌入模块，另一个是水印提取模块。
当在数字产品中加入水印后，会经历各种攻击和处理，为建立一般的模型，统一将其视为失真，因此有图 3 的系统：
盲检测与非盲检测
盲检测 (Blind Detection) 是指检测时不需要原始图像的检测；
非盲检测 就是检测时需要提供原始图像的检测。
数字水印的技术现状
n 国际上从 90 年代初就开始研究数字水印技术，并且从 1994 年国际第一次信息隐藏会议召开， 已连续进行了 4 次 从表中也能明显看出发展的速度。国内也进行了三次这方面的研讨会，极大地促进了这一技术的发展，并且得到了国家的大力支持。
对现实的鲁棒水印系统来说，必须具备一些基本的特征
不可感知性 嵌入水印后的图像与原图像之间的差别应该在人类可感知的门限下；
冗余性 为保证鲁棒性和不可感知性，就应该冗余地将水印分布在宿主数据中；
密钥 这与密码学当中的意思一样，水印系统有时也使用一个或多个密钥来保证安全性，防止别人修改和擦除水印，有公钥和私钥之分；
水印的嵌入方法一般分为空域和变换域两种方法
空间域方法主要有 :LSB(Least Significant Bit) 方法、 Patchwork 方法、纹理块映射编码法等 LSB 方法：在像素的最不重要位嵌入水印信息，这种方法简单，但易受攻击； Patchwork 方法：将图像分成两个子集，一个子集的亮度增加，另一子集的亮度减少同样的量。这个量以不可见为标准。 而子集的位置作为密钥，则水印可以很容易地由两个子集间的差别平均而确定；
纹理块映射编码法：
将一个基于纹理的水印嵌入到图像的具有相似纹理的一部分当中，这个方法是基于图像的纹理结构的，因而很难察觉水印。但是由于是嵌入图像某一部分当中，对剪切等图像处理操作性能差，而变换域则能较好的解决这个问题。
变换域的方法有 DCT,DWT,DFT 以及 Mellin-Fourier 变换等。
变换域的方法相对于空间域方法来说，有许多优点：
• 首先，从提高水印的鲁棒性来看，应该嵌入到图像的视觉上最重要的部分，而对图像来说，如果采用变换域的方法，那么图像的低频部分就能直接标记出来；
其次，由于压缩算法大都在频域进行，比如 JPEG 的 DCT, EZW 中的小波等，可以考虑采用频域的方法来提高抵抗压缩操作攻击的能力；
再次，有些变换对某些变化有着固有的鲁棒性，比如 DFT 具有仿射不变性，对图像的空间坐标平移不敏感，因而可以利用它来恢复经过了仿射变化的图像当中的水印，又如对数极坐标 (LPM) 变换，可以对旋转和缩放不敏感，因此利用它可以使得对水印图像的任何旋转或缩放操作都不敏感，而利用小波分析得多分辨特性，使得其对图像的剪切操作不敏感；
另外，也有利于利用人类 HVS(Human Visual System) 和 HAS (Human Audio System) 的特性来嵌入水印，正因为变换域的诸多优点，变换域的方法才得以广泛的发展。
数字水印的技术现状 - 攻击
n 随着嵌入技术的发展，相应地促进了攻击技术的发展
攻击可以分为破坏性攻击 - 使合法者也提取不出水印，
伪造性攻击 - 不仅除去了原有的合法水印，而且加上了他自己的水印，针对各种水印算法，可以设计出相应的攻击，
一般的攻击包括：
信号增强 ( 锐化、增加对比度、色彩校正等 ) ；
加性和乘性噪声 ( axdmz、均衡、斑点 ) ；
线性滤波 ( 低通、高通、带通 ) ；
有损压缩 (JPEG,MPEG,MP3) ；
仿射变换 ( 平移、旋转、缩放、剪切 ) ；
代码转换 (GIF JPEG) ；
D/A ， A/D ；
多重水印；
共谋攻击 (collusion)
统计平均
目前已有各种免费的攻击软件：
如： Stirmark, UNzign 等
水印系统的评价
嵌入水印的数量
嵌入的强度
数据的大小和种类
失真度量
基于通信扩频的数字水印模型
n 再介绍一下现在比较流行的一种水印方法，就是所谓的基于扩频 (Spread Spectrum) 的水印技术
扩频是通信中经常采用的一种抗干扰抗噪声技术。所谓扩频 是指信号传输频带大于实际所需要的频带，且在每个频带中信号都是极微弱的 , 不易觉察的，而且频带的扩展与信号无关。图像频域可被看作是信号传输的频道而水印则看作是要传输的信号。水印在任何频带中都是极其微弱的，而且可利用人类视觉特性中的掩蔽效应（ Masking ）。图像所有者由于知道水印的位置和内容，在验证水印时很容易把扩散到所有频带上的弱信号集中起来得到高信噪比的水印信号。
I.J.Cox 提出了一种基于 DCT 变换域的扩频水印技术。它是把满足正态分布的位随机序列加入到图像的 DCT 变换系数中，水印的验证是通过相关函数现实的。
基于边信息的数字水印模型
现在比较流行的另一种数字水印模型就是将数字水印问题看成是通信当中的分布式信源编码的对偶问题。
分布式信源编码 (Distributed source coding) ： Jim Chou,S.Sandeep Pradhan 以及 Kannan Ramchandran 等提出了分布式信源编码的构造性工作。
分布式信源编码可以看成是接收者知道边信息 (Side Information) 的信源编码编码问题。考虑解码者知道边信息 Y 时的信源 X 的编码问题。实际生活当中的许多问题都可以用此来解释：比如
工程问题中的传感器网络，分布式数据库系统以及交互式通信系统等。例如：
假设 X 和 Y 是按下列方式相关的等概分布的 3 位数据集，
X 和 Y 的 Hamming 距离小于等于 1 。 当编码和解码者都知道边信息 Y 时，我们可以将 X 压缩成 2 位的信息量 。因为这时 X 和 Y 的模 2 和由 (000),(001),(010),(100) 给定。 并且 只有解码者知道边信息 Y 时，同样可以将 X 压缩成 2 位的信息量 。如果 X=000 或者 111 ，则显然不用浪费信息位来区分它两，其余的也类似。因此， 3 位数据集可以分成 4 个子集 ( 有的也叫陪集 ):
coset-1=(000,111), coset-2=(001,110)
coset-3=(010,101), coset-4=(011,110)
解码者能根据编码者发送的陪集指标，从指定的陪集当中找出一个与 Y 最接近的码字恢复成发送码字 X 。 n 而水印问题可以看成是这样一个问题：编码者知道两个信号：水印信息 M ，宿主信号 S ，编码器的输出为加了水印的信号。攻击者试图在一定的允许失真下阻止水印的提取。
• 这又可以看成是编码者知道边信息 (S) 的信道编码问题。最后，简单总结一下分布式信源 的码字，然后发送该码字与边信息的线性组合。
算法
• 嵌入子系统 :(1) 设计一个适当的码本； (2) 对宿主信号进行 scale ； (3) 由水印决定陪集，在该陪集当中搜索最优的码字； (4) 发送码字和宿主信号的线性组合。 提取子系统 :(1)scale 接收到的信号； (2) 在码本当中找与接收信号最接近的码字； (3) 将该码字所在的陪集指标视为解码所得到的水印信息。
有关数字水印的几个问题
n
n 可加入水印的容量问题
n 算法是否能真正满足 Kerckhoffs 准则
n 提高鲁棒性，编码：纠错码
n 产品的真正所有者
也就是水印的多重嵌入问题！
n 水印的检测问题
数字水印技术的应用
版权保护
拷贝保护：多媒体发行体系
图像认证：鲁棒性 ( 健壮性 ) 要求低
一点体会，仅供参考
n 应该多了解一些相关知识，对自己研究领域的发展情况应有比较全面的了解，利用好已有的资源，将其它领域的相关技术引入到你所研究的领域内，也许就是一个很好的 idea
n Watermarking World Organization(mail list)
要善于提出问题发现问题